Поиск белков, родственных кристаллинам J1 кубомедуз

Кристаллины - белковые структурные компоненты хрусталика, обеспечивающие его преломляющую способность. Эти белки в разных группах организмов могут иметь непохожие друг на друга эволюционные истории.

Наличие развитых глаз характерно не только для представителей Bilateria. Так глаза, имеющие выраженный хрусталик и напоминающие по структуре аналогичные органы позвоночных и головоногих моллюсков, являются отличительной чертой кубомедуз (Рис. 1). Эти медузы имеют 4 ропалия, каждый из которых несет 4 простых глаза и 2 сложных (с хрусталиком): большой (нижний) и малый (верхний).

Хрусталик в глазах кубомедуз также содержит белки-кристаллины, а именно кристаллины J1, J2 и J3. Основным кристаллином в этих хрусталиках является кристаллин J1, для которого известно 3 формы: J1A, J1B и J1C. Кристаллин J1, в отличие от кристаллинов J2 и J3, распространен и в нижнем, и в верхнем глазах ропалия, тогда как J2 и J3 в основном встречаются в хрусталике нижнего глаза [5].

В литературных данных указывается, что J1 кристаллины кубомедуз происходят от АДФ-рибогидрогликолаз (АДФ-рибозилгидролаз) [6]. Эти ферменты осуществляют удаление остатков АДФ-рибозы, связанных с белками (чаще всего с остатками аргинина), которые ранее навешиваются в ходе АДФ-рибозилирования. Предположение о таком родстве было проверено при помощи PSI-BLAST.

Для поиска была взята последовательность кристаллина J1A медузы Tripedalia cystophora из Swiss-Prot (CRJ1A_TRICY). Поиск проводился при помощи инструмента PSI-BLAST с базовыми настройками (порог для e-value: 0.005).

На первой итерации поиска в выдаче оказались всего 4 белка: 3 кристаллина J1 кубомедузы Tripedalia cystophora и некоторый неохарактеризованный белок археи Methanocaldococcus jannaschii (Y1187_METJA), который судя по аннотациям в InterPro и анализу при помощи CD-Search и CDART является АДФ-рибозилгидролазой.

В результате второй итерации поиска были найдены 13 бактериальных и эукариотических АДФ-рибозилгидролаз, 1 архейный белок (также по аннотациям InterPro и результатам поиска CD-Search и CDART - АДФ-рибозилгидролаза) и 1 АДФ-рибозилгидролаза мимивируса, поражающего амебу Acanthamoeba polyphaga (всего 19 находок).

После третьей итерации к находкам добавились еще 12 последовательностей АДФ-рибозилгидролаз (всего 31): 11 ферментов позвоночных и 1 мимивируса Acanthamoeba polyphaga.

На четвертой итерации новых последовательностей найдено не было и поиск был прекращен.

Итого среди находок имелись следующие белки:

• Собственно кристаллины J1A, J1B и J1C медузы Tripedalia cystophora

• АДФ-рибозилгидролазы эукариот (22 белка: 21 из позвоночных и 1 из Dictyostelium discoideum). Для некоторых позвоночных были найдены 3 потенциально гомологичных кристаллину J1A АДФ-рибозилгидролазы (Homo sapiens, Mus musculus и Bos taurus), для других - 2 (Danio rerio и Rattus norvegicus) или 1 (Gallus gallus, Latimeria chalumnae, Xenopus tropicalis, Pongo abelii и Xenopus laevis).

• Белки бактерий (5 ферментов), среди них 3 белка Tri1 (из Serratia proteamaculans и двух штаммов Pseudomonas putida), ответственные за устойчивость бактерии к собственным токсинам Tre1 (секретируемым посредством T6SS), АДФ-рибозилирующим белок FtsZ; 1 фермент YegU (Escherichia coli) и 1 АДФ-рибозилгликогидролаза нитрогеназы из бактерии Rhodospirillum rubrum (в паре с АДФ-рибозилтрансферазой DraT участвуют в регуляции активности нитрогеназы)

• Две предполагаемая архейные АДФ-рибозилгидролазы из Methanocaldococcus jannaschii (Y1187_METJA) и Archaeoglobus fulgidus (Y1724_ARCFU).

• Две АДФ-рибозилгидролазы мимивируса (ADPRM_MIMIV и ADPRL_MIMIV). Можно предположить, что эти АДФ-рибозилгидролазы происходят от ферментов амебы-хозяина.

Как можно видеть, результаты поиска соответствуют предсказанию о происхождении J1-кристаллинов кубомедуз от АДФ-рибогидрогликолаз. Однако стоит отметить, что, по-видимому, данные последовательности очень сильно разошлись, поскольку доля колонок с идентичными аминокислотами для всех выравниваний находок с запросом обычно не превышает 20%. Это также можно увидеть (Рис. 2) на выравниваниях АДФ-рибозилгидролазы мимивируса (ADPRM_MIMIV), ARH2 Homo sapiens (ARHL1_HUMAN) и белком из археи Methanocaldococcus jannaschii (Y1187_METJA) с запросом (кристаллин J1A кубомедузы Tripedalia cystophora).

ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ

1. Melissa M. Coates, Visual Ecology and Functional Morphology of Cubozoa (Cnidaria), Integrative and Comparative Biology, Volume 43, Issue 4, August 2003, Pages 542–548, https://doi.org/10.1093/icb/43.4.542

2. Nilsson DE, Gislén L, Coates MM, Skogh C, Garm A. Advanced optics in a jellyfish eye. Nature. 2005 May 12;435(7039):201-5. doi: 10.1038/nature03484. PMID: 15889091.

3. O'Connor M, Garm A, Marshall JN, Hart NS, Ekström P, Skogh C, Nilsson DE. Visual pigment in the lens eyes of the box jellyfish Chiropsella bronzie. Proc Biol Sci. 2010 Jun 22;277(1689):1843-8. doi: 10.1098/rspb.2009.2248. Epub 2010 Feb 10. PMID: 20147327; PMCID: PMC2871879.

4. Gershwin LA, Richardson AJ, Winkel KD, Fenner PJ, Lippmann J, Hore R, Avila-Soria G, Brewer D, Kloser RJ, Steven A, Condie S. Biology and ecology of Irukandji jellyfish (Cnidaria: Cubozoa). Adv Mar Biol. 2013;66:1-85. doi: 10.1016/B978-0-12-408096-6.00001-8. PMID: 24182899.

5. Piatigorsky J, Horwitz J, Norman BL. J1-crystallins of the cubomedusan jellyfish lens constitute a novel family encoded in at least three intronless genes. J Biol Chem. 1993 Jun 5;268(16):11894-901. PMID: 8505315.

6. Piatigorsky J. Gene sharing and evolution: the diversity of protein functions Cambridge, MA: Harvard University Press, 2007 (ISBN: 9780674023413).